CN105864509B - 一种更换管段快速修复海底管道方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种更换管段快速修复海底管道方法，应用于水下更换管段的修复作业。该修复方法依据管段连接装置左右对称布置于更换管段两侧的构造以及切割管段、更换管段和管段连接装置的整套预制与水下吊装、对接和固定连接作业流程，实现海底管段的快速更换和修复；修复作业装置主要由切割管段、管段连接装置、连接防腐器、更换管段、管段防腐器、吊装索具组成，其防腐采用喷漆及加装连接防腐器和管段防腐器阴极保护相结合的方式，同时该修复方法依次实施破损管段水下切除、切割管段水下预制、更换管段预制、管段连接装置预制、更换管段焊接、切割管段水下测量、管段连接装置吊装、更换管段水下对接和更换管段固定连接整套作业流程。

Description

一种更换管段快速修复海底管道方法

技术领域

本发明涉及一种水下生产系统更换管段的快速修复海底管道方法及其作业流程。

背景技术

海洋工程领域的海底管道担负着水下油气井采出液、海底原油、伴生气等油气介质输送等重要生产任务，由于其海底运行工况和周围海水环境的特殊性，存在介质腐蚀、船舶抛锚、地质灾害和海洋开发第三方破坏等风险，一旦发生泄漏，不仅造成海洋环境污染、油气资源浪费和油田生产中断，而且还会对其下游及终端用户的正常生产和生活造成不利影响。

针对具体的海底管道损伤形式，目前可采取管卡堵漏、复合材料补强和水下管段更换三种主要修复海底管道技术。其中，管卡堵漏修复技术是采用机械式封堵，其优点在于实施简单、作业周期短，可用于渤海等浅海海域由于腐蚀、母材缺陷、裂纹等原因引起的管道泄漏，但一旦海底管道出现严重破损或有较大变形以及海底管道处于较深或深水海域时，该技术就难以实现有效的封堵修复。复合材料补强修复技术，如注环氧树脂等材料，该修复技术易对海底管道的管体产生冲击破坏，且注剂设备本身复杂和庞大，现场材料制作和水下操作工艺复杂，这些都不利于海底管道的快速修复。水下管段更换修复技术其特点是适用范围广，可完成腐蚀或断裂等各种形式的海底管道破损修复，但缺点是修复用机械连接器这一关键备件的生产技术及其修复作业装置和操作流程一直掌握在国外专业公司手中，国内还没有形成相应的研发与生产技术以及海上实施修复作业能力。

发明内容

为了有效解决海底管道的快速修复问题并克服现有修复技术和作业方案存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种采用水下更换管段方式的快速修复海底管道方法。依据管段连接装置左右对称布置于更换管段两侧的构造以及切割管段、更换管段和管段连接装置的整套预制与水下吊装、对接和固定连接作业流程，实现水下生产系统管段的快速更换，完成海底管道的修复。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种更换管段快速修复海底管道方法，其修复作业装置主要由切割管段、管段连接装置、连接防腐器、更换管段、管段防腐器、吊装索具组成，两套管段连接装置分别接于切割管段的管端并左右对称布置于更换管段的两侧，每套管段连接装置上均焊接三个均匀布置的连接防腐器，而更换管段上则焊接四个均匀布置的管段防腐器，吊装索具通过吊座和销轴与更换管段进行铰接；同时该修复海底管道方法依次实施破损管段水下切除作业、切割管段水下预制作业、更换管段预制作业、管段连接装置预制作业、更换管段焊接作业、切割管段水下测量作业、管段连接装置吊装作业、更换管段水下对接作业和更换管段固定连接作业的整套作业流程，最终实现海底管道的快速修复。

该修复海底管道方法中修复作业装置的防腐采用喷漆和加装阴极保护相结合的方式，即分别在管段连接装置和更换管段上加装连接防腐器和管段防腐器的阴极保护防腐装置，然后对管段连接装置主要部件和更换管段的外环面进行喷漆防腐处理。其中，阴极保护防腐装置是采用铝包锌的金属作为复合式保护极，与被保护的管段连接装置和更换管段的金属本体相连而构成原电池，连接防腐器的连接阳极块和管段防腐器的管段阳极块均为铝包锌的复合式保护极，该复合式保护极是在锌阳极块表面包裹一层铝合金，以适应海底管道周围的海泥环境。管段连接装置和更换管段在海底管道服役期内的防腐主要通过连接阳极块和管段阳极块的阴极保护实现，而连接防腐器的连接体和管段防腐器的管段连接体外层弯管内浇铸的合金体则用于海底管道延期服役时连接阳极块和管段阳极块完全腐蚀后的阴极保护。

连接防腐器包括连接阳极块和连接体，还原性强的连接阳极块作为阳极发生氧化还原反应而牺牲消耗，被保护的管段连接装置金属本体作为阴极，免于被海泥腐蚀，连接阳极块与管段连接装置的金属本体间通过连接体相连而构成原电池。连接防腐器沿圆周方向均匀布置于管段连接装置的主密封器外环面上，共三个且均沿轴向放置，其中一个位于管段连接装置的正上方，每个连接防腐器的规格尺寸均相同，且其轴向轮廓长度均小于主密封器的轴向长度。连接阳极块采用多边形等截面柱体构造，其横截面呈等腰梯形，且按照宽边朝内而窄边朝外的方式放置，连接阳极块沿轴向的两侧加工有圆形盲孔，同时其中心部位设有圆形长孔眼，圆形长孔眼内嵌入金属丝，金属丝的材质与主密封器的材质相同。连接体采用圆形截面的复合弯管体，并对称布置于连接阳极块的两侧，且其端部环面与连接阳极块的圆形盲孔通过过盈配合进行联接，连接体的外层为弯管，其材质与主密封器的材质相同，而连接体的弯管内浇铸与锌阳极块相同材质的合金体，该合金体的一端与连接阳极块的金属丝连接而另一端与主密封器相连。

管段防腐器包括管段阳极块和管段连接体，管段阳极块作为阳极金属消耗牺牲，更换管段则作为阴极金属而被保护并减缓腐蚀，管段阳极块和更换管段之间通过管段连接体相连而构成原电池。管段防腐器沿圆周方向均匀布置于更换管段的外环面上，共四个且均沿轴向放置，每个管段防腐器的规格尺寸均相同，且其轴向轮廓长度均小于更换管段的轴向长度。管段阳极块和管段连接体的结构分别与连接阳极块和连接体相同，管段连接体对称布置于管段阳极块的两侧，且其外层弯管内浇铸的合金体一端与管段阳极块的金属丝连接而另一端与更换管段相连。

吊装索具专门用于完成更换管段的吊装作业，它包括吊头、连接头、分吊绳、变径卡箍和主吊绳，其中吊头、连接头和分吊绳采用左右对称布置的两个单体，而变径卡箍和主吊绳则采用单体且其轴线均与吊装索具的中心线重合。吊头采用柱体和半球体相结合的结构，其本体上切出两个相互平行的平面，两平面的间距小于更换管段上两分吊座的间距；连接头采用阶梯回转轴结构，且通过螺纹与吊头相联接，连接头的内壁设有变截面的环形卡箍并用于固定分吊绳的下端部；分吊绳的长度需保证吊装作业时左右两分吊绳之间的夹角小于30°，左右两分吊绳的上端拧为一股吊绳后，嵌入变径卡箍的内壁，并与主吊绳连为一体，即左右两分吊绳为主吊绳的两个分支且主吊绳和分吊绳之间通过变径卡箍进行固定，变径卡箍的外环柱面两端均设置有圆锥面并分别牵引出主吊绳和分吊绳。

破损管段水下切除作业用来切除海底管道的破损管段，其流程为，水下吹泥作业结束后，采用水下冷切割的方式将海底管道的破损管段整体切除，海底管道破损面或变形段位于破损管段的中部，且所切除破损管段的长度大于海底管道破损面外轮廓或变形段轴向长度的1.5倍；切除后的破损管段两端分别套入绳索并吊装至海面施工船上，绳索底端采用绳套结构并通过变径接头进行固定。

该修复海底管道方法的预制作业包括切割管段水下预制作业、更换管段预制作业和管段连接装置预制作业三个流程，分别完成切割管段两管端外环面与外锥面及环槽的水下预制、更换管段的切割与管端倒角和其上管段防腐器与吊座的预制，以及管段连接装置上连接防腐器的预制。

切割管段水下预制作业的流程为，水下清理干净切割管段两管端管段连接装置安装位置处的水泥配重层和防腐层，并用打磨机进行水下打磨，将切割管段的两管端分别打磨成等径柱面的预制外环面，且所打磨预制外环面的直径和轴向长度与管段连接装置的主密封器内壁的规格大小相一致；然后，在切割管段的端部打磨出预制外锥面，且预制外锥面的锥度与管段连接装置的定位器锁销的锲形坡口坡度相一致；最后，在预制外环面的内侧沿圆周方向环切出预制环槽，预制环槽的截面为矩形，且预制环槽与管段连接装置的定位器锁销相配合。

更换管段预制作业的流程为，海面施工船上切割出与破损管段相应规格的更换管段，然后在更换管段的两端部分别车制出锥度为90°的圆锥面，且该圆锥面的锥高与管段连接装置的调偏器端部锥面的锥高相等；接着，通过管段阳极块两侧的管段连接体外层弯管焊接的方式，将管段防腐器固定连接于更换管段的外环面上，四个管段防腐器沿圆周方向依次均匀布置；然后，将两组吊座分别焊接于更换管段的两侧，每组吊座包含两对吊座，且两对吊座沿更换管段正上方的管段防腐器对称布置；每对吊座含有两个单体的分吊座且两分吊座平行放置，每个分吊座的规格大小和尺寸均相同，且每个分吊座均采用类等腰梯形的钢板，其端部的开孔直径相等，并分别与各销轴配合而实现吊装索具与更换管段间的联接；最后，在每对吊座上分别安装销轴，每个销轴的轴端均加工有螺纹盲孔并配置六角头螺钉进行固定。

管段连接装置预制作业的流程为，海面施工船上准备好与切割管段相应规格的两套管段连接装置，然后通过连接阳极块两侧的连接体外层弯管焊接的方式，将连接防腐器固定连接于管段连接装置的主密封器外环面上，每个管段连接装置上依次焊接三个沿圆周方向均匀布置的连接防腐器。

更换管段焊接作业用来完成管段连接装置调偏器在更换管段两侧端的焊接，其流程为，依次拔出更换管段上的各销轴，分别装入吊头后插入各销轴，完成吊装索具与更换管段间的铰接；然后，通过施工船上的吊机和吊装索具将更换管段吊装至两套管段连接装置的调偏器之间的位置，并使更换管段与两个调偏器的轴线相重合，同时保持更换管段的两侧端面分别与两个调偏器的调偏体端面相贴合；最后，通过更换管段两侧端和两个调偏体端部的内外环面分别实施圆周焊的方式而将两套管段连接装置对称预制于更换管段的两端，同时所有焊缝均进行喷漆防腐处理。

切割管段水下测量作业用来测定切割管段两管端之间的相对空间位置和方位角，其流程为，准确测定水下切割管段两管端预制外环面和预制外锥面之间的相对空间位置和方位角，并根据各水下测量参数，准确制定出一整套更换管段的水下吊装方案。

管段连接装置吊装作业用来将两套管段连接装置定位于各自对应的切割管段管端，其流程为，依据水下切割管段两管端之间的相对空间位置，采用施工船吊机依次下放两套管段连接装置，分别吊至水下切割管段两管端的位置，并保证管段连接装置的轴线与对应侧切割管段管端的轴线相重合；然后，每套管段连接装置依次沿轴向推进，其定位器锁销的锲形坡口在切割管段预制外锥面侧推力的作用下将锁紧机构打开；最后，依次将每套管段连接装置沿各自切割管段的预制外环面轴向移动，待定位器锁销滑入切割管段的预制环槽后，管段连接装置定位于各自的切割管段管端。

更换管段水下对接作业完成切割管段两管端的偏心调节及其与更换管段间的水下对接，其流程为，依据更换管段的销轴完成吊装索具与更换管段间的铰接，并通过施工船上的吊机和吊装索具将更换管段和其上焊接的管段连接装置调偏体一起吊装至水下两套管段连接装置之间的位置；然后，依据水下两套管段连接装置的间距和角度，更换管段两侧调偏器的调偏体与对应侧管段连接装置的调偏座完成球面配合；接着，更换管段依靠其两侧的调偏体与调偏座间的侧向力及球面配合进行自行调整，完成切割管段两管端之间的偏心调节；最后，利用水下机器人装上更换管段两侧调偏器的各球形垫片并拧紧各调偏螺栓，形成密封圈密封和金属环密封，接着利用水下机器人拧开销轴轴端的六角头螺钉并依次拔出各销轴从而将吊装索具从更换管段上拆卸下来，由此完成两套管段连接装置和更换管段间的水下对接。

更换管段固定连接作业通过管段连接装置完成更换管段与切割管段两管端间的固定连接，其流程为，利用水下机器人分别拧紧每套管段连接装置定位器上的各夹紧螺柱，形成梯形金属圈密封；然后，依次拧紧每套管段连接装置推进体上的各推进螺柱，形成金属圈密封及金属环密封，完成切割管段两管端预制外环面和外锥面与更换管段和管段连接装置间的固定连接；最后，利用水下机器人分别旋紧每套管段连接装置辅密封盒上的各调节螺柱，形成填料密封和密封圈密封，完成海底管道外环面与更换管段和管段连接装置间的固定连接。

本发明所能达到的技术效果是，该快速修复海底管道方法依据管段连接装置左右对称布置于更换管段两侧的构造以及切割管段、更换管段和管段连接装置的整套预制与水下吊装、对接和固定连接作业流程，实现海底管段的快速更换和修复；管段连接装置和更换管段的防腐采用喷漆以及加装连接防腐器和管段防腐器阴极保护相结合的方式；破损管段水下切除作业用来切除海底管道的破损管段，切割管段水下预制作业、更换管段预制作业和管段连接装置预制作业分别完成切割管段两管端、更换管段上管段防腐器与吊座等和管段连接装置上连接防腐器的预制，更换管段焊接作业完成管段连接装置在更换管段两侧端的焊接，切割管段水下测量作业测定切割管段两管端的相对空间位置，管段连接装置吊装作业用来将管段连接装置定位于切割管段管端，更换管段水下对接作业完成切割管段两管端的偏心调节及其与更换管段的水下对接，更换管段固定连接作业完成更换管段与切割管段两管端间的连接。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图1是根据本发明所提出的一种更换管段快速修复海底管道方法的典型修复作业装置结构简图。

图2是一种更换管段快速修复海底管道方法中破损管段水下切除作业的流程简图。

图3是一种更换管段快速修复海底管道方法中切割管段水下预制作业的流程简图。

图4是一种更换管段快速修复海底管道方法中更换管段预制作业的流程简图。

图5是一种更换管段快速修复海底管道方法中更换管段和管段防腐器以及吊装索具的结构简图。

图6是一种更换管段快速修复海底管道方法中管段连接装置预制作业的流程简图。

图7是一种更换管段快速修复海底管道方法中管段连接装置和连接防腐器的结构简图。

图8是一种更换管段快速修复海底管道方法中更换管段焊接作业的流程简图。

图9是一种更换管段快速修复海底管道方法中切割管段水下测量作业和管段连接装置吊装作业的流程简图。

图10是一种更换管段快速修复海底管道方法中更换管段水下对接作业的流程简图。

图11是一种更换管段快速修复海底管道方法中更换管段固定连接作业的流程简图。

图中1－切割管段，2－管段连接装置，3－连接防腐器，4－管段防腐器，5－更换管段，6－吊装索具，7－海底管道，8－绳索，9－破损管段，10－预制外环面，11－预制环槽，12－预制外锥面，13－管段阳极块，14－管段连接体，15－销轴，16－吊座，17－吊头，18－连接头，19－分吊绳，20－变径卡箍，21－主吊绳，22－连接阳极块，23－连接体，24－调偏器，25－推进体，26－主密封器，27－定位器，28－辅密封盒，29－调偏体，30－调偏座。

具体实施方式

在图1中，该快速修复海底管道方法中修复作业装置主要由切割管段1、管段连接装置2、连接防腐器3、管段防腐器4、更换管段5和吊装索具6组成，管段连接装置2对称布置于更换管段5的两侧，同时通过管段连接装置2与切割管段1间的金属密封和非金属密封以及管段连接装置2与更换管段5间的焊接最终实现切割管段1与更换管段5之间的连接。

在图1中，该修复海底管道方法的整套预制作业包括对切割管段1、管段连接装置2和更换管段5的预制，整套修复作业装置通过吊装索具6完成海面和水下的吊装作业，其防腐方法为在管段连接装置2和更换管段5上加装连接防腐器3和管段防腐器4的阴极保护防腐装置，并对管段连接装置2主要部件和更换管段5的外环面进行喷漆防腐处理。

在图1中，该快速修复海底管道方法依据其修复作业装置依次实施破损管段水下切除作业、切割管段1水下预制作业、更换管段5预制作业、管段连接装置2预制作业、更换管段5焊接作业、切割管段1水下测量作业、管段连接装置2吊装作业、更换管段5水下对接作业和更换管段5固定连接作业的整套作业流程，最终实现海底管道的快速修复。

在图2中，破损管段水下切除作业流程中，海底管道7的破损管段9通过水下冷切割的方式进行切除，依据海底管道7的管径选择两套合适型号的绳索8，两套绳索8分别套入破损管段9的两端，然后通过海面施工船上的吊机进行吊装。

在图3中，切割管段水下预制作业流程中，切割管段1两管端预制环面的轴向长度依据管段连接装置2的长度进行调整，切割管段1两管端预制环面外侧预留的海底管道7外环面轴向长度依据管段连接装置2的辅密封盒进行调整，通过水下打磨机在切割管段1两管端依次打磨出预制外环面10和预制外锥面12，最后在预制外环面10的内侧环切出预制环槽11，预制环槽11的槽宽和槽深依据管段连接装置2锁销的销体尺寸进行确定，切割管段1两管端的预制外环面10、预制环槽11和预制外锥面12规格尺寸完全相同。

在图4中，更换管段预制作业流程中，依据破损管段9的长度切割出相应长度的更换管段5，更换管段5两端车制的锥面与管段连接装置2的调偏器端部锥面一致；四个管段防腐器4通过管段阳极块13两侧的管段连接体14焊接于更换管段5上，管段阳极块13的截面积和轴向长度依据海底管道7自修复作业时起的剩余服役年限和更换管段5的腐蚀速率进行设计，管段连接体14外层弯管内所浇铸合金体的体积依据海底管道7的延期服役年限和更换管段5的腐蚀速率进行设计；两组吊座16对称焊接于管段防腐器4的两侧，每对吊座16所配置的销轴15依据整套修复作业装置的重量和相应区域的海况等因素进行选型。

在图5中，管段防腐器4的管段阳极块13和管段连接体14与销轴15和吊座16依次交错布置于更换管段5的外环面上，吊头17通过销轴15与吊座16进行铰接从而将吊装索具6接于更换管段5上，同时利用水下机器人拧开销轴15轴端的六角头螺钉并拔出各销轴15即可完成吊装索具6的拆卸；分吊绳19和主吊绳21的规格依据整套修复作业装置的重量和相应区域的海况等因素进行选型，分吊绳19的下端通过连接头18进行固定而其上端则通过变径卡箍20与主吊绳21连于一体。

在图6和图7中，三个连接防腐器3通过连接阳极块22两侧的连接体23焊接于管段连接装置2的主密封器26外环面上，连接阳极块22的截面积和轴向长度依据海底管道7自修复作业时起的剩余服役年限和管段连接装置2的腐蚀速率进行设计，连接体23外层弯管内所浇铸合金体的体积依据海底管道7的延期服役年限和管段连接装置2的腐蚀速率进行设计，每套管段连接装置2依次由调偏器24、推进体25、主密封器26、定位器27和辅密封盒28组成并沿切割管段1两管端对称布置。

在图8中，更换管段焊接作业流程中，管段防腐器4和更换管段5通过销轴15和吊座16与吊装索具6相连并由吊机与两套管段连接装置2的调偏器24分别进行对中，更换管段5的管体内径和外径分别与调偏器24的调偏体29端部的内外环面直径相等，且更换管段5的两侧端与调偏体29端部的内外环面分别实施圆周焊后而与管段连接装置2连为一体。

在图9中，切割管段水下测量作业流程中，通过水下测量仪器准确测定切割管段1两管端预制外环面10和预制外锥面12之间的相对空间位置和方位角，包括切割管段1两管端间的偏心位移，并制定详细的水下吊装方案。

在图9中，管段连接装置吊装作业流程中，拧开调偏器24的各调偏螺栓，并将调偏座30随管段连接装置2一起从调偏体29和更换管段5上拆卸后再实施管段连接装置2的吊装，预制外锥面12的锥度与定位器27锁销锲形坡口的坡度相一致并因此实现管段连接装置2与切割管段1两管端的各自对中。

在图9中，管段连接装置吊装作业流程中，定位器27的锁紧机构通过预制外锥面12的轴向切入而打开，从而保证管段连接装置2随后可以沿预制外环面10轴向移动，最后通过定位器27锁紧机构的锁紧而将两套管段连接装置2分别定位于各自的切割管段1管端处。

在图10中，调偏体29和调偏座30间球面结合带的轴向长度、调偏体29和调偏座30盘状法兰的间距以及调偏器24各调偏螺栓的长度均依据切割管段水下测量作业中所测定切割管段1两管端间的偏心位移Δe参数进行设计。

在图10中，更换管段水下对接作业流程中，更换管段5和其上焊接的管段连接装置2调偏体29水平放置并随吊机和吊装索具6吊装至水下两套管段连接装置2之间的位置后，吊升一端的吊装索具6而使更换管段5和调偏体29倾斜放置，更换管段5和调偏体29倾斜的角度依据水下两套管段连接装置2的间距和角度进行调整，然后将没有吊升一端的调偏体29与对应侧调偏座30完成球面配合，接着将吊升一端的管段连接装置2抬起并与吊升的调偏体29完成球面配合，由此完成更换管段5两侧调偏体29与对应侧调偏座30之间的球面配合。

在图10中，更换管段水下对接作业流程中，下放吊升一端管段连接装置2的调偏体29和调偏座30，依靠两套管段连接装置2调偏体29和调偏座30间的侧向力及其球面配合，更换管段5进行自行调整倾斜的角度，且调整至更换管段5两侧调偏体29球面的球心之间垂直高度达到切割管段1管端偏心位移Δe为止，由此完成切割管段管端间的偏心调节。最后，利用水下机器人安装调偏器24的各球形垫和调偏螺栓，完成两套管段连接装置2和更换管段5间的水下对接，水下机器人对各调偏螺栓所施加的最大拧紧力矩依据调偏器24的各密封圈和金属环产生变形所需要夹紧压力的合力进行设计。

在图11中，更换管段固定连接作业流程中，水下机器人拧紧定位器27的各夹紧螺柱，主密封器26的梯形金属圈轴向移动位移达到Δe₁后而形成梯形金属圈密封，水下机器人对各夹紧螺柱所施加的最大拧紧力矩依据梯形金属圈产生变形所需要的推力进行设计。然后，水下机器人拧紧推进体25的各推进螺柱，主密封器26的各金属圈和金属环轴向移动位移达到Δe₂后而依次形成金属圈密封及金属环密封，由此完成切割管段1两管端预制环面与更换管段5间的固定连接，水下机器人对各推进螺柱所施加的最大拧紧力矩依据各金属圈和金属环产生变形所需要推力的合力进行设计。

在图11中，更换管段固定连接作业流程中，水下机器人旋紧辅密封盒28的各调节螺柱，辅密封盒28的盘根轴向移动位移达到Δe₃后而形成填料密封和密封圈密封，由此完成海底管道7外环面与更换管段5间的固定连接，水下机器人对各调节螺柱所施加的最大拧紧力矩依据盘根产生变形所需要的推力进行设计。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种更换管段快速修复海底管道方法，其修复作业装置主要由切割管段、管段连接装置、连接防腐器、更换管段、管段防腐器、吊装索具组成，该修复海底管道方法依次实施破损管段水下切除作业、切割管段水下预制作业、更换管段预制作业、管段连接装置预制作业、更换管段焊接作业、切割管段水下测量作业、管段连接装置吊装作业、更换管段水下对接作业和更换管段固定连接作业的整套作业流程，两套管段连接装置分别接于切割管段的管端并左右对称布置于更换管段的两侧，每套管段连接装置上均焊接三个均匀布置的连接防腐器，而更换管段上则焊接四个均匀布置的管段防腐器，吊装索具通过吊座和销轴与更换管段进行铰接，并依据切割管段、更换管段和管段连接装置的整套预制与水下吊装、对接和固定连接作业流程，实现水下生产系统管段的快速更换，完成海底管道的修复，其特征在于：

该修复海底管道方法中修复作业装置的防腐采用喷漆和加装阴极保护相结合的方式，即分别在管段连接装置和更换管段上加装连接防腐器和管段防腐器的阴极保护防腐装置，然后对管段连接装置主要部件和更换管段的外环面进行喷漆防腐处理；阴极保护防腐装置是采用铝包锌的金属作为复合式保护极，与被保护的管段连接装置和更换管段的金属本体相连而构成原电池；管段连接装置和更换管段在海底管道服役期内的防腐主要通过连接阳极块和管段阳极块的阴极保护实现，而连接防腐器的连接体和管段防腐器的管段连接体外层弯管内浇铸的合金体则用于海底管道延期服役时连接阳极块和管段阳极块完全腐蚀后的阴极保护；

连接防腐器沿圆周方向均匀布置于管段连接装置的主密封器外环面上，共三个且均沿轴向放置，其中一个位于管段连接装置的正上方，连接阳极块采用多边形等截面柱体构造，连接体则采用圆形截面的复合弯管体；管段防腐器沿圆周方向均匀布置于更换管段的外环面上，共四个且均沿轴向放置，管段阳极块和管段连接体的结构分别与连接阳极块和连接体相同；

吊装索具用于完成更换管段的吊装作业，吊头、连接头和分吊绳采用左右对称布置的两个单体，而变径卡箍和主吊绳则采用单体且其轴线均与吊装索具的中心线重合；

破损管段水下切除作业用来切除海底管道的破损管段；

该修复海底管道方法的预制作业包括切割管段水下预制作业、更换管段预制作业和管段连接装置预制作业三个流程，分别完成切割管段两管端外环面与外锥面及环槽的水下预制、更换管段的切割与管端倒角和其上管段防腐器与吊座的预制，以及管段连接装置上连接防腐器的预制；

更换管段焊接作业用来完成管段连接装置调偏器在更换管段两侧端的焊接；

切割管段水下测量作业用来测定切割管段两管端之间的相对空间位置和方位角；

管段连接装置吊装作业用来将两套管段连接装置定位于各自对应的切割管段管端；

更换管段水下对接作业完成切割管段两管端的偏心调节及其与更换管段间的水下对接；

更换管段固定连接作业通过管段连接装置完成更换管段与切割管段两管端的固定连接。

2.根据权利要求1所述的更换管段快速修复海底管道方法，其特征在于：所述连接防腐器的连接阳极块和管段防腐器的管段阳极块均为铝包锌的复合式保护极，该复合式保护极是在锌阳极块表面包裹一层铝合金；

所述连接防腐器包括连接阳极块和连接体，还原性强的连接阳极块作为阳极发生氧化还原反应而牺牲消耗，被保护的管段连接装置金属本体作为阴极，连接阳极块与管段连接装置的金属本体间通过连接体相连而构成原电池；连接阳极块的横截面呈等腰梯形，且按照宽边朝内而窄边朝外的方式放置，连接阳极块沿轴向的两侧加工有圆形盲孔，同时其中心部位设有圆形长孔眼，圆形长孔眼内嵌入金属丝；连接体对称布置于连接阳极块的两侧，且其端部环面与连接阳极块的圆形盲孔通过过盈配合进行联接，连接体的外层为弯管，而其弯管内浇铸与锌阳极块相同材质的合金体，该合金体的一端与连接阳极块的金属丝连接而另一端与主密封器相连；

所述管段防腐器包括管段阳极块和管段连接体，管段阳极块作为阳极金属消耗牺牲，更换管段则作为阴极金属而被保护并减缓腐蚀，管段阳极块和更换管段之间通过管段连接体相连而构成原电池；管段连接体对称布置于管段阳极块的两侧，且其外层弯管内浇铸的合金体一端与管段阳极块的金属丝连接而另一端与更换管段相连。

3.根据权利要求1所述的更换管段快速修复海底管道方法，其特征在于：所述吊装索具包括吊头、连接头、分吊绳、变径卡箍和主吊绳，吊头采用柱体和半球体相结合的结构，其本体上切出两个相互平行的平面，两平面的间距小于更换管段上两分吊座的间距；连接头采用阶梯回转轴结构，其内壁设有变截面的环形卡箍并用于固定分吊绳的下端部；分吊绳的长度需保证吊装作业时左右两分吊绳之间的夹角小于30°，左右两分吊绳的上端拧为一股吊绳后，嵌入变径卡箍的内壁，并与主吊绳连为一体，即左右两分吊绳为主吊绳的两个分支且主吊绳和分吊绳之间通过变径卡箍进行固定。

4.根据权利要求1所述的更换管段快速修复海底管道方法，其特征在于：所述破损管段水下切除作业的流程为，水下吹泥作业结束后，采用水下冷切割的方式将海底管道的破损管段整体切除，海底管道破损面或变形段位于破损管段的中部，且所切除破损管段的长度大于海底管道破损面外轮廓或变形段轴向长度的1.5倍；切除后的破损管段两端分别套入绳索并吊装至海面施工船上，绳索底端采用绳套结构并通过变径接头进行固定。

5.根据权利要求1所述的更换管段快速修复海底管道方法，其特征在于：所述切割管段水下预制作业的流程为，水下清理干净切割管段两管端管段连接装置安装位置处的水泥配重层和防腐层，并用打磨机进行水下打磨，将切割管段的两管端分别打磨成等径柱面的预制外环面，且所打磨预制外环面的直径和轴向长度与管段连接装置的主密封器内壁的规格大小相一致；然后，在切割管段的端部打磨出预制外锥面，且预制外锥面的锥度与管段连接装置的定位器锁销的锲形坡口坡度相一致；最后，在预制外环面的内侧沿圆周方向环切出预制环槽，预制环槽的截面为矩形，且预制环槽与管段连接装置的定位器锁销相配合。

6.根据权利要求1所述的更换管段快速修复海底管道方法，其特征在于：所述更换管段预制作业的流程为，海面施工船上切割出与破损管段相应规格的更换管段，然后在更换管段的两端部分别车制出锥度为90°的圆锥面，且该圆锥面的锥高与管段连接装置的调偏器端部锥面的锥高相等；接着，通过管段阳极块两侧的管段连接体外层弯管焊接的方式，将管段防腐器固定连接于更换管段的外环面上，四个管段防腐器沿圆周方向依次均匀布置；然后，将两组吊座分别焊接于更换管段的两侧，每组吊座包含两对吊座，且两对吊座沿更换管段正上方的管段防腐器对称布置；每对吊座含有两个单体的分吊座且两分吊座平行放置，每个分吊座的规格大小和尺寸均相同，且每个分吊座均采用类等腰梯形的钢板，其端部的开孔直径相等，并分别与各销轴配合而实现吊装索具与更换管段间的联接；最后，在每对吊座上分别安装销轴，每个销轴的轴端均加工有螺纹盲孔并配置六角头螺钉进行固定。

7.根据权利要求1所述的更换管段快速修复海底管道方法，其特征在于：所述管段连接装置预制作业的流程为，海面施工船上准备好与切割管段相应规格的两套管段连接装置，然后通过连接阳极块两侧的连接体外层弯管焊接的方式，将连接防腐器固定连接于管段连接装置的主密封器外环面上，每个管段连接装置上依次焊接三个沿圆周方向均匀布置的连接防腐器。

8.根据权利要求1所述的更换管段快速修复海底管道方法，其特征在于：所述更换管段焊接作业的流程为，依次拔出更换管段上的各销轴，分别装入吊头后插入各销轴，完成吊装索具与更换管段间的铰接；然后，通过施工船上的吊机和吊装索具将更换管段吊装至两套管段连接装置的调偏器之间的位置，并使更换管段与两个调偏器的轴线相重合，同时保持更换管段的两侧端面分别与两个调偏器的调偏体端面相贴合；最后，通过更换管段两侧端和两个调偏体端部的内外环面分别实施圆周焊的方式而将两套管段连接装置对称预制于更换管段的两端，同时所有焊缝均进行喷漆防腐处理。

9.根据权利要求1所述的更换管段快速修复海底管道方法，其特征在于：所述切割管段水下测量作业的流程为，准确测定水下切割管段两管端预制外环面和预制外锥面之间的相对空间位置和方位角，并根据各水下测量参数，准确制定出一整套更换管段的水下吊装方案；

所述管段连接装置吊装作业的流程为，依据水下切割管段两管端之间的相对空间位置，采用施工船吊机依次下放两套管段连接装置，分别吊至水下切割管段两管端的位置，并保证管段连接装置的轴线与对应侧切割管段管端的轴线相重合；然后，每套管段连接装置依次沿轴向推进，其定位器锁销的锲形坡口在切割管段预制外锥面侧推力的作用下将锁紧机构打开；最后，依次将每套管段连接装置沿各自切割管段的预制外环面轴向移动，待定位器锁销滑入切割管段的预制环槽后，管段连接装置定位于各自的切割管段管端。

10.根据权利要求1所述的更换管段快速修复海底管道方法，其特征在于：所述更换管段水下对接作业的流程为，依据更换管段的销轴完成吊装索具与更换管段间的铰接，并通过施工船上的吊机和吊装索具将更换管段和其上焊接的管段连接装置调偏体一起吊装至水下两套管段连接装置之间的位置；然后，依据水下两套管段连接装置的间距和角度，更换管段两侧调偏器的调偏体与对应侧管段连接装置的调偏座完成球面配合；接着，更换管段依靠其两侧的调偏体与调偏座间的侧向力及球面配合进行自行调整，完成切割管段两管端之间的偏心调节；最后，利用水下机器人装上更换管段两侧调偏器的各球形垫片并拧紧各调偏螺栓，形成密封圈密封和金属环密封，接着利用水下机器人拧开销轴轴端的六角头螺钉并依次拔出各销轴从而将吊装索具从更换管段上拆卸下来，由此完成两套管段连接装置和更换管段间的水下对接；

所述更换管段固定连接作业的流程为，利用水下机器人分别拧紧每套管段连接装置定位器上的各夹紧螺柱，形成梯形金属圈密封；然后，依次拧紧每套管段连接装置推进体上的各推进螺柱，形成金属圈密封及金属环密封，完成切割管段两管端预制外环面和外锥面与更换管段和管段连接装置间的固定连接；最后，利用水下机器人分别旋紧每套管段连接装置辅密封盒上的各调节螺柱，形成填料密封和密封圈密封，完成海底管道外环面与更换管段和管段连接装置间的固定连接。